延长油田南部长8致密油藏注CO2吞吐实验

朱 争，李鹏真，何吉波，刘芳娜，田伟伟

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，西安 710065； 2.陕西省特低渗透油气勘探开发工程研究中心，西安 710065；3.中国石油塔里木油田勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000；4.中国石油长庆油田分公司第十采油厂，甘肃 庆城 745100)

0 引言

借鉴北美非常规油气开发成功经验，国内提出了“致密油”概念。通过致密油理论的攻关，国内发现鄂尔多斯盆地、松辽盆地和准噶尔盆地等致密油资源丰富[1-3]。与低渗油藏相比，致密油储层孔喉以纳米级为主，喉道不均匀分布，储层渗流能力差，含油饱和度差异明显[4-5]。截至目前，延长油田南部长8致密油藏探明地质储量6 163.58×104t，开发潜力大。该类油藏孔渗性差，压力系数低，主要采用水平井体积压裂技术开发，但随开发进程推进，稳产短、降产快、地层能量难以有效补充的开发矛盾日益凸显[6-9]。国内学者运用数值模拟与室内物理实验手段开展了大量致密油藏注气吞吐研究，发现CO2吞吐可有效补充地层能量，充分发挥分子扩散置换作用，提高致密油藏采出程度。然而关于延长油田南部致密油层注气吞吐机理及影响因素研究的资料相对较少，同时也发现没有对注气速度与压力衰减速度对注气吞吐采出程度的影响规律进行研究[10-13]。该研究选用延长油田南部长8致密储层岩心，基于长岩心驱替装置模拟不同注气参数下注气吞吐实验，研究注气速度、焖井时间、压力衰减速度、吞吐周期及吞吐流体介质对注气吞吐采出程度的影响。

1 实验概况

1.1 样品及设备

实验参考石油天然气行业标准SY/T 5336—2006《岩心分析方法》、SY/T 5345—2007《岩石中两相流体相对渗透率测定方法》以及SY/T 5358—2010《储层敏感性流动实验评价方法》。

实验采用高温高压油气水相渗曲线测试装置，如图1所示。该装置主要由ISCO驱替泵、长岩心夹持器、回压阀、恒温箱以及计量系统组成，在40 ℃条件下最高工作压力80 MPa，驱替速度为0.001～40.000 ml/min。

图1 实验装置示意图Fig.1 Schematic diagram of experimental process

实验所用岩心取自延长油田南部长8致密储层，拼接好的长岩心平均长度为49.16 cm，平均渗透率为0.3×10-3μm2，平均孔隙度为10.38%，注气吞吐长岩心模型基础参数见表1。实验用油为长8储层的原油(地面原油密度为0.84 g/cm3，原油黏度为2.75 mPa·s)。实验用水选用长8储层的地层水(水型CaCl2型，总矿化度为17 409.5 mg/L，呈弱碱性，平均pH值7.1)。实验用气选用纯度99.9%的CO2。

表1 注CO2吞吐长岩心模型基础参数表Table 1 Basic parameters of long core model with CO2 huff and puff

1.2 实验过程

1)岩心切割，端面精细研磨，保证断面垂直，测量长度；岩心洗油，烘干后测试空气渗透率。

2)使用渗透率调和平均的方式排列每块岩心的顺序，代替了过去按渗透率大小排列岩心段的方法,使岩心的排列更加合理；岩心拼接后中间用滤纸相接，减小空隙。

3)装入岩心夹持器中，抽真空饱和地层水，测定整体孔隙度。

4)模型在40 ℃恒温环境中放置24 h。

5)将实验用油注入模型中，计量产出的水量，计算束缚水饱和度。

6)先衰竭生产到5 MPa，将CO2按照设定速度注入模型中，监测模型压力变化，直到模型压力升至20 MPa时停止注气，计算总的注气量。

7)焖井3 h后开始生产，控制产液和产气速度以保持设定的压力衰竭速度，压力衰竭到5 MPa时停止生产，计算采出程度。

8)重复6～7步骤，继续吞吐2个周期。长岩心注水实验设备和步骤与注气实验相同。

2 实验结果及分析

2.1 注气速度影响

选取不同渗透率的岩心，通过文献调研、矿场实际及实验经验[13-15]，确定实验温度为 40 ℃，焖井时间为3 h，压力衰减速度为1 MPa/h，吞吐周期为一次，研究注气速度为 2 ml/min，3 ml/min，4 ml/min和5 ml/min时，注气速度对长岩心模型采出程度的影响。注气速度与注气吞吐采出程度关系如图2所示，可以看出，随着注气速度的增加，注气吞吐的采出程度逐渐下降，但下降幅度较小，其中注气速度从2 ml/min上升到5 ml/min时，2个岩心模型的采出程度平均下降1.9个百分点。分析认为：注气速度主要影响到吞吐端的油水饱和度分布，根据毛管数理论，注气速度越高，气驱油效率就越高，近吞吐端区域油水饱和度分布影响越大。反演为生产过程中，近井地带的含油饱和度就相对较低，注气吞吐效果变差。

图2 注气速度与注气吞吐采出程度关系Fig.2 Relationship between gas injection velocity and recovery of CO2 huff and puff

2.2 焖井时间影响

选取不同渗透率的岩心，通过文献调研、矿场实际及实验经验[13-15]，确定实验温度为 40 ℃，注气速度为 2 ml/min，压力衰减速度为1 MPa/h，吞吐周期为一次，研究焖井时间为 3 h，6 h，9 h和12 h时，焖井时间对长岩心模型采出程度的影响。焖井时间与注气吞吐采出程度关系如图3所示，可以看出，注气吞吐的采出程度随焖井时间的增加而不断增大，其中当焖井时间由3 h增加到6 h时，采出程度平均升高0.74个百分点，当焖井时间由6 h增加到12 h时，采出程度提高幅度仅0.24%，因此合理焖井时间为6 h。分析认为：一定的焖井时间，可促进CO2更加充分地溶解于原油中，最大程度降低原油黏度，增强原油膨胀程度，有效提高注气吞吐采出程度。当焖井时间超过临界点后，随焖井时间继续增大，CO2在原油中溶解量已达最大值，实现溶解平衡，分子扩散传质作用不断变弱，难以大幅提高注气吞吐采出程度。

图3 焖井时间与注气吞吐采出程度关系Fig.3 Relationship between soaking time and recovery of CO2 huff and puff

2.3 压力衰减速度影响

选取不同渗透率的岩心，通过文献调研、矿场实际及实验经验[13-15]，确定实验温度为 40 ℃，注气速度为 2 ml/min，焖井时间为3h，吞吐周期为一次，研究压力衰减速度为 1 MPa/h，2 MPa/h，3 MPa/h和4 MPa/h时，压力衰竭速度对长岩心模型采出程度的影响。压力衰竭速度与注气吞吐采出程度关系如图4所示，可以看出，随着压力衰减速度增加，注气吞吐采出程度不断下降，当压力衰减速度由1 MPa/h增加到3 MPa/h时，采出程度平均从16.64%下降至12.74%。当压力衰减速度大于3 MPa/h后，随压力衰减速度的升高，采出程度下降幅度逐渐变缓，即压力衰减速度由3 MPa/h增加到4 MPa/h时，采出程度平均仅降低0.16个百分点。分析认为：压力衰竭速度对注气吞吐效果起到了主导作用，实验岩心属于致密储层岩心，具有比一般低渗透储层更强的应力敏感性和启动压力现象，压力衰竭速度影响到弹性能释放的顺序，压力衰竭过快意味着产出端岩心渗透率损失大；同时溶解到原油中的气体被快速释放后，溶解气的降黏作用减弱，同时可能在岩心中产生油、气和水三相流动，影响吞吐效果。

图4 压力衰减速度与注气吞吐采出程度关系Fig.4 Relationship between pressure decay rate and recovery of CO2 huff and puff

2.4 吞吐周期影响

选取不同渗透率的岩心，通过文献调研、矿场实际及实验经验[13-15]，确定注气速度为2 ml/min，焖井时间为3 h，压力衰减速度为 1 MPa/h时，研究吞吐周期对长岩心模型采出程度的影响。吞吐周期与注气吞吐采出程度关系如图5所示，可以看出，随着吞吐周期轮次的增加，吞吐累计采出程度逐渐增加，但单周期吞吐采出程度逐渐降低，即首次吞吐的采出程度占累计吞吐采出程度的70%。分析认为：随吞吐周期轮次增加，近井地带剩余油含量不断变少，剩余油中轻质组分相对含量不断降低，重质组分相对含量不断上升，CO2萃取能力相应变弱[14]。

图5 吞吐周期与注气吞吐采出程度关系Fig.5 Relationship between huff and puff period and recovery of CO2 huff and puff

2.5 注CO2吞吐与注水吞吐对比

为了分析注CO2吞吐与注水吞吐提高采出程度效率，选取渗透率相近的岩心，开展注气吞吐与注水吞吐实验(焖井时间为3 h，压力衰减速度为1 MPa/h，吞吐周期为一次)时，研究不同吞吐流体介质对长岩心模型采出程度的影响。不同焖井时间下注CO2吞吐与注水吞吐提高采出程度对比如图6所示，可以看出，不同焖井时间下注CO2吞吐采出程度均明显高于注水吞吐采出程度，约为1.1～1.2倍，注CO2吞吐效果较好。分析认为：注CO2吞吐过程中溶解降黏、原油膨胀、萃取及分子扩散置换作用要强于注水吞吐过程中毛管压力渗吸置换作用[15]。因此对于延长油田延长组致密储层衰竭开发后采取注CO2吞吐更有利于高效补充能量开发。

图6 不同焖井时间下注CO2吞吐与注水吞吐提高采出程度对比Fig.6 Comparison of recovery between CO2 injection huff and puff and water injection huff and puff under different soaking time

3 结论

1)压力衰减速度是影响注气吞吐采出程度的主要因素，随着压力衰减速度增加，注气吞吐采出程度不断下降，当压力衰减速度由1 MPa/h增加到3 MPa/h时，采出程度平均从16.64%下降至12.74%。当压力衰减速度大于3 MPa/h后，随压力衰减速度的升高，采出程度下降幅度逐渐变缓。合理的压力衰减速度需考虑稳产情况与经济效益，尽量保证较低的压力衰减速度。

2)注气吞吐存在合理焖井时间，随焖井时间的增加采出程度不断增大，其中当焖井时间由3 h增加到6 h时，采出程度平均升高0.74个百分点，当超过合理焖井时间后，焖井时间继续由6 h增加到12 h时，采出程度提高幅度仅0.24%。

3)随注气速度的增加，注气吞吐的采出程度逐渐下降，但总体影响不大；随吞吐周期轮次的增加，吞吐总采出程度逐渐增加，但单周期采出程度呈大幅降低，即首次吞吐的采出程度占总吞吐采出程度的70%。